由于门限自回归模型是分区间的AR模型,因此在建模中只需沿用AR建模的参数估计方法和模型检验准则,并不存在实质性的困难。目前应用较多的是模型参数估计的最小二乘法与模型适用性检验的AIC 准则。与AR建模不同的是建立SETAR模型的难点并不在于参数估计和模型检验,而在于确定门限区间个数l、门限值r1,r2,…,rl-1和延迟步数d。从理论上讲,这是一个对l,r1,r2,…,rl-1和d 的多维寻优问题。若采用AIC准则作为模型定阶(确定各门限区间的模型阶数n1,n2,…,nl)和确定l,r1,r2,…,rl-1和d 这些参数的目标函数,则AIC 应是所有这2l+1 个参数的函数,即:
适用的SETAR模型的AIC 值应是上式所示的多维空间中超曲面的极小点。
本节介绍将H.Tong方法和D.D.C方法结合共同建立SETAR模型。
(一)D.D.C方法求点值图[10]
D.D.C方法是由吴今培等提出。其思路是在建模中采用点值图(DotFigure)确定门限区间的个数l 和门限值r1,r2,…,rl-1的搜索范围,采用迭代法(Duplication Meth_od)估计模型参数,采用互证法(Cross_Validation Method)确定延迟步数d,简记为D.D.C。其中的迭代法就是对AR模型参数的矩阵递推最小二乘法。建模第一步就是采用点值图法确定门限区间的个数l 和门限值r1,r2,…,rl-1的搜索范围。
点值图法常称为条件数学期望估计法。
归纳起来,采用点值图法确定l 和r1,r2,…,rl-1的搜索范围的步骤为:
(4)采用线性回归方法判断点值图中的点是否可以用直线来拟合,根据直线段的数目确定l 值,并在各直线段的转折处确定rj(j=1,2,3,…,l-1)的搜索范围。
(二)H.TonG方法求最优延迟步数d、rj和φj(i )[11]
H.Tong方法是一种对d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1)层层嵌套一维寻优的方法。其基本思路是:首先固定一组d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1),分别在各区间内建立AR模型,按AIC 准则分别确定每一区间的适用模型,从而得到一个SETAR模型;然后分别改变d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1)的值,同样再分区间建立AR 模型以得到SETAR模型,比较各种d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1)情况下所建SETAR 模型的AIC值,确定其中AIC 值最小的模型为适用模型。由于门限区间已经由点值图法确定了。因此可以减少一层嵌套,即l 为已知。具体步骤如下:
(1)令延迟步数d=1 和点值图法确定的门限值rj(j=1,2,3,…,l-1)的搜索区间,将时间序列{x (t- d )}(t=d+1,d+2,…,N)按其属于哪一个区间加以分段,共分成l 个子序列:
(2)在各个门限区间建立AR模型。通过自相关分析,确定模型形式,再通过偏相关分析,初步确定模型阶数nj。
若有p 阶相关系数均显著于独立序列,则原随机序列为一相依序列,可选用AR(p)模型。(www.xing528.com)
阶数p 确定主要方法是对偏相关系数进行统计分析。偏相关系数φ(k )可用递推算法求得:
建立AR(n1)—n1=p 模型:
同理,分别建立各门限区间的AR模型。然后对各个模型用AIC 准则检验判别:
显然,在此时给定d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1)的情况下,AIC 的值仅是模型阶数nj的函数,AIC 最小时的模型即为各区间内的适用模型,即各区间内适用模型的AIC 值为:
M 为模型最高阶数。
(3)将各门限区间内的适用ARj(nj)(j =1,2,3,…,l)模型组合起来得到SETAR模型,该模型的AIC 值为各区间模型AIC 值之和,即:
由于此时是在d,l,rj(j=1,2,3,…,l-1)这l+1 个参数固定情况下所得到的SETAR模型和AIC 值,故式(5-26)所示的AIC 值是这l+1 个参数的函数;
(4)仍然固定d,l,采用黄金分割法(或加速遗传算法RAGA)在给定搜索范围内对门限值rj(j=1,2,3,…,l-1)进行寻优。重复上述步骤,按式(5-27)求出AIC值,确定其中AIC 值达最小时的一组(j=1,2,3,…l-1)为给定d,l 时的最优门限值,即门限值寻优的目标函数为:
至此,参数寻优过程全部结束,建立起SETAR(l,d,n1,n2)模型。
(三)SETAR模型的预测(最佳预报)[11,12]
则门限自回归模型的最佳预报公式为:
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